JPH08306870A - Semiconductor integrated booster circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated booster circuit device

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JPH08306870A
JPH08306870A JP12911195A JP12911195A JPH08306870A JP H08306870 A JPH08306870 A JP H08306870A JP 12911195 A JP12911195 A JP 12911195A JP 12911195 A JP12911195 A JP 12911195A JP H08306870 A JPH08306870 A JP H08306870A
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JP
Japan
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capacity
series
capacitance
semiconductor integrated
voltage
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Application number
JP12911195A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Watabe
知行 渡部
Nobuaki Miyagawa
宣明 宮川
Kenji Kono
健二 河野
Yoshinori Yamaguchi
義紀 山口
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08306870A publication Critical patent/JPH08306870A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide high-voltage output without introducing special manufacture process by composing a capacity, which is required by a semiconductor integrated booster circuit device, by connecting a MOS capacity element and a junction capacity element in series and fixing a number of connections in series so as to allow a voltage to be applied to the MOS capacity element, etc., to be at the withstand voltage or below. CONSTITUTION: A capacity C2 at the second stage, for example, is composed by connecting the two rows in parallel. The row is provided by connecting two capacity elements C in series. Since the two rows, which are composed of two elements connected in series respectively, are connected in parallel, the capacity of the whole capacity C2 is equivalent to that of one capacity element C. However, since two capacity elements C are connected in series, the withstand voltage is doubled compared with that of the prior art element. In the same manner, a capacity Cn at the step (n) has a total capacity equivalent to one capacity element C. However, the withstand voltage is (n) times the prior art withstand voltage. Therefore, a capacity with a high withstand voltage is provided by properly connecting the prior art capacity elements C without specially providing a capacity with a high withstand voltage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、チャージポンプ回路で
構成される昇圧回路を、他の回路も集積する半導体集積
装置上に集積した半導体集積昇圧回路装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated booster circuit device in which a booster circuit composed of a charge pump circuit is integrated on a semiconductor integrated device in which other circuits are also integrated.

【0002】[0002]

【従来の技術】電源電圧以上の高電圧を得る回路として
は、電圧を順次昇圧してゆくチャージポンプ回路が知ら
れている。半導体集積回路装置上に高電圧源を形成する
場合も、しばしばチャージポンプ回路が利用される。
2. Description of the Related Art As a circuit for obtaining a high voltage equal to or higher than a power supply voltage, a charge pump circuit which sequentially increases the voltage is known. A charge pump circuit is often used also when forming a high voltage source on a semiconductor integrated circuit device.

【0003】図6は、そのようなチャージポンプ回路を
用いた従来の半導体集積昇圧回路装置を示す図である。
図6において、1は入力端子、2は出力端子、3,4は
制御信号端子、P1 〜Pn ,Q1 〜Qn ,R1 〜Rn
接続点、Cは容量素子、C1〜Cn は容量、D1 〜Dn
は接続経路切換回路、T01〜T0n+1,T11〜T1nはnM
OSトランジスタ、T21〜T2nはpMOSトランジス
タ、φ1 ,φ2 ,−φ1,−φ2 は制御クロックパルス
である。なお、−φ1 ,−φ2 は、それぞれφ1,φ2
を反転したパルスである。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional semiconductor integrated booster circuit device using such a charge pump circuit.
In FIG. 6, 1 is an input terminal, 2 is an output terminal, 3 and 4 are control signal terminals, P 1 to P n , Q 1 to Q n , R 1 to R n are connection points, C is a capacitive element, and C 1 is -C n capacity, D 1 to D n
Is a connection path switching circuit, T 01 to T 0n + 1 , T 11 to T 1n are nM
OS transistors, T 21 to T 2n are pMOS transistors, and φ 1 , φ 2 , -φ 1 , and -φ 2 are control clock pulses. Note that −φ 1 and −φ 2 are φ 1 and φ 2 respectively.
Is a pulse that is inverted.

【0004】C1 等の容量とD1 等の接続経路切換回路
とを含む回路が、1つの昇圧単位回路を構成し、これが
複数段接続されることにより、複数回の昇圧が行われ
る。Vinは入力電圧であり、これが順次昇圧されて高圧
の出力電圧が得られる。従って、少ない段数で所望の高
圧を得るには、Vinとしては出来るだけ高い電圧を用い
た方がよい。そのため、Vinとして、半導体集積回路装
置に供給されている最大電圧である電源電圧Vccが用い
られることもある。
A circuit including a capacitance such as C 1 and a connection path switching circuit such as D 1 constitutes one step-up unit circuit, which is connected in a plurality of stages, so that the step-up is performed a plurality of times. V in is the input voltage, which is being sequentially boosted obtained high output voltage. Therefore, in order to obtain a desired high voltage with a small number of stages, it is better to use a voltage as high as V in . Therefore, as V in, the power supply voltage V cc is the maximum voltage supplied to the semiconductor integrated circuit device may also be used.

【0005】容量C1 〜Cn は、それぞれ1つの容量素
子Cで構成されている。なお、ここで言う容量素子C
は、通常のLSI製造プロセスで、MOSトランジスタ
やパイポーラ素子を形成する際に形成される層を利用し
て得られるMOS容量素子とか接合容量素子とかのこと
である。接続経路切換回路D1 〜Dn は、容量C1 〜C
n の一方の端子を、アース電位に接続するか、所定の電
位(図の場合は入力電圧と同じVinとしている)に接続
するかを切り換える回路である。制御クロックパルスφ
1 ,φ2 ,−φ1 ,−φ2 は、その切り換えを制御する
ためのものである。図6の回路の動作を説明するため、
まず、第1段目の昇圧単位回路の動作の説明をする。
Each of the capacitors C 1 to C n is composed of one capacitance element C. The capacitive element C referred to here
Is a MOS capacitance element or a junction capacitance element obtained by using a layer formed when forming a MOS transistor or a bipolar element in a normal LSI manufacturing process. The connection path switching circuits D 1 to D n have capacitances C 1 to C.
It is a circuit that switches whether one terminal of n is connected to the ground potential or a predetermined potential (in the figure, the same V in as the input voltage) is connected. Control clock pulse φ
1 , φ 2 , −φ 1 , and −φ 2 are for controlling the switching. To explain the operation of the circuit of FIG.
First, the operation of the booster unit circuit of the first stage will be described.

【0006】図5は、チャージポンプ回路の第1段目の
構成を示す図である。符号は図6のものに対応し、2−
1は1段目の出力端子、V01は1段目の出力電圧であ
る。nMOSトランジスタT01は、入力端子1に印加さ
れている入力電圧Vinからの電流の通流を許容する方向
に、ダイオード接続とされている。この場合では、ゲー
トとドレインとが一括接続され、その接続点のP1 側が
アノード側となっている。従って、逆方向の電圧が印加
された場合には、nMOSトランジスタT01はオフとな
る。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the first stage of the charge pump circuit. The reference numerals correspond to those in FIG.
1 is the output terminal of the first stage, and V 01 is the output voltage of the first stage. The nMOS transistor T 01 is diode-connected in a direction that allows current to flow from the input voltage V in applied to the input terminal 1. In this case, the gate and the drain are collectively connected, and the P 1 side of the connection point is the anode side. Therefore, when the reverse voltage is applied, the nMOS transistor T 01 is turned off.

【0007】容量C1 の第1の端子はnMOSトランジ
スタT01のソースと接続される。(その接続点が
1 )。接続経路切換回路D1 は、ドレインが容量C1
の第2の端子に一括接続された(その接続点がR1 )n
MOSトランジスタT11とpMOSトランジスタT21
で構成される。nMOSトランジスタT11のソースはア
ース電位に接続され、pMOSトランジスタT21のソー
スは所定の電位(この場合、Vin)に接続される。nM
OSトランジスタT11のゲートには制御クロックパルス
φ1 が印加され、pMOSトランジスタT21のゲートに
は制御クロックパルス−φ2 が印加される。これらのパ
ルスにより、容量C1 の第2端子の接続先が、アース電
位へかあるいは所定電位Vinへかに切り換えられる。
The first terminal of the capacitor C 1 is connected to the source of the nMOS transistor T 01 . (The connection point Q 1). In the connection path switching circuit D 1 , the drain has a capacitance C 1
N connected together to the second terminal of (the connection point is R 1 ) n
It is composed of a MOS transistor T 11 and a pMOS transistor T 21 . The source of the nMOS transistor T 11 is connected to the ground potential, and the source of the pMOS transistor T 21 is connected to a predetermined potential (V in in this case). nM
The control clock pulse φ 1 is applied to the gate of the OS transistor T 11 , and the control clock pulse −φ 2 is applied to the gate of the pMOS transistor T 21 . By these pulses, the connection destination of the second terminal of the capacitor C 1 is switched to the ground potential or the predetermined potential V in .

【0008】図9は、制御クロックパルスの波形を示す
図である。t1 〜t4 は時刻である。制御クロックパル
スの大きさは、ドレインにVinが印加されているpMO
SトランジスタT21のオン,オフを制御し得るようにす
るため、Vinとされている。次に時間の順に従って、動
作を説明する。
FIG. 9 is a diagram showing the waveform of the control clock pulse. t 1 to t 4 are times. The size of the control clock pulse is pMO in which V in is applied to the drain.
It is set to V in so that the on / off of the S transistor T 21 can be controlled. Next, the operation will be described in order of time.

【0009】 時間t1 〜t2 制御クロックパルス−φ2 はハイ(Vin)であるから、
pMOSトランジスタT21はオフである。一方、制御ク
ロックパルスφ1 はロー(0)であるから、nMOSト
ランジスタT11もオフである。
Since the time t 1 to t 2 control clock pulse −φ 2 is high (V in ),
The pMOS transistor T 21 is off. On the other hand, since the control clock pulse φ 1 is low (0), the nMOS transistor T 11 is also off.

【0010】 時間t2 〜t3 制御クロックパルス−φ2 はハイのままであるから、p
MOSトランジスタT21はオフのままである。時間t2
で制御クロックパルスφ1 はハイになるから、nMOS
トランジスタT11はオンとなる。従って、入力電圧Vin
が印加されている入力端子1より、入力端子1→nMO
SトランジスタT01→容量C1 →nMOSトランジスタ
11→アース電位という経路で電流が流れ、容量C1
充電が開始される。充電が進行すると、接続点Q1 の電
位はVinとなる。なお、説明が煩雑となるのを避けるた
め、各MOSトランジスタでの電圧降下は無視している
(以下の説明でも同様である)。
From time t 2 to t 3 control clock pulse −φ 2 remains high, so p
The MOS transistor T 21 remains off. Time t 2
The control clock pulse φ 1 goes high at
The transistor T 11 is turned on. Therefore, the input voltage V in
Input terminal 1 → nMO
A current flows through a path of S transistor T 01 → capacitance C 1 → nMOS transistor T 11 → ground potential, and charging of the capacitance C 1 is started. As the charging progresses, the potential at the connection point Q 1 becomes V in . It should be noted that the voltage drop in each MOS transistor is ignored in order to avoid a complicated description (the same applies to the following description).

【0011】 時間t3 〜t5 時間t3 で制御クロックパルスφ1 がローとなるので、
nMOSトランジスタT11がオフとなり、充電は停止す
る。この時、制御クロックパルス−φ2 はまだハイであ
るので、pMOSトランジスタT21もオフのままであ
る。しかし、時間t4 で制御クロックパルス−φ2 がロ
ーになると、pMOSトランジスタT21はオンとなる。
この瞬間、容量C1 の第2の端子は所定電位Vinに接続
されるから、容量結合作用により、接続点Q1 の電位は
inだけ底上げされる。
[0011] Since the control clock pulse φ 1 at time t 3 ~t 5 hours t 3 is low,
The nMOS transistor T 11 is turned off and the charging is stopped. At this time, since the control clock pulse -φ 2 is still high, the pMOS transistor T 21 also remains off. However, when the control clock pulse -φ 2 goes low at time t 4 , the pMOS transistor T 21 turns on.
At this moment, the second terminal of the capacitor C 1 is connected to the predetermined potential V in , so the potential at the connection point Q 1 is raised by V in due to the capacitive coupling action.

【0012】充電電位がVinであったから、それと底上
げ分のVinとが合計されて、接続点Q1 の電位は2Vin
に上昇する。即ち、pMOSトランジスタT21のドレイ
ンに印加されていた所定電位Vinだけ昇圧される。この
時、接続点Q1 の電位が接続点P1 の電位より大となる
ので、nMOSトランジスタT01はオフとなる。上記の
ようにして昇圧された電圧が、第1段目の出力電圧V01
として出力端子2−1から出てゆき、第2段目の昇圧単
位回路の入力電圧となる。
Since the charging potential was V in , the charging potential and the bottom-up V in were summed, and the potential at the connection point Q 1 was 2 V in.
Rise to. That is, the voltage is boosted by the predetermined potential V in applied to the drain of the pMOS transistor T 21 . At this time, the potential at the connection point Q 1 becomes higher than the potential at the connection point P 1 , so that the nMOS transistor T 01 is turned off. The voltage boosted as described above is the output voltage V 01 of the first stage.
As the input voltage of the boosting unit circuit of the second stage.

【0013】なお、接続経路切換回路DのMOSトラン
ジスタのいずれかをオンするに先立ち、共にオフにして
おく期間を設けている理由は、接続経路切換回路D内
で、所定電位Vin→pMOSトランジスタT21→nMO
SトランジスタT11→アース電位という経路での短絡
が、絶対に起こらないようにするためである。もし、両
MOSトランジスタがオンとなると、この短絡が起こっ
てしまう。
Note that the reason why the period in which either of the MOS transistors of the connection path switching circuit D is turned off before being turned on is provided is that the predetermined potential V in → pMOS transistor in the connection path switching circuit D is set. T 21 → nMO
This is to prevent a short circuit in the path of S transistor T 11 → ground potential from occurring. If both MOS transistors are turned on, this short circuit will occur.

【0014】図6の半導体集積昇圧回路装置は、前記の
ような昇圧単位回路が複数段縦続接続されているから、
各段で所定電位Vinづつ昇圧されて行き、出力端子2に
は下記の出力電圧VO が得られる。 VO =入力電圧+昇圧電圧合計=Vin+nVin=(n+1)Vin
In the semiconductor integrated booster circuit device of FIG. 6, since the booster unit circuits as described above are cascaded in a plurality of stages,
The voltage is increased by a predetermined potential V in at each stage, and the following output voltage V O is obtained at the output terminal 2. V O = input voltage + step-up voltage total = V in + nV in = (n + 1) V in

【0015】ところで、このような半導体集積昇圧回路
装置は、製造時に他の種々の電気回路も同時的に集積さ
れる半導体集積回路装置上に形成されるので、容量C1
〜Cn としては、MOSトランジスタのゲート用酸化膜
部分とかバイポーラ素子用のpn接合部分とかが用いら
れる。次にそれらの1例を示す。
By the way, since such a semiconductor integrated booster circuit device is formed on a semiconductor integrated circuit device in which various other electric circuits are simultaneously integrated at the time of manufacture, the capacitance C 1
The -C n, Toka pn junction for the gate oxide portion Toka bipolar element of MOS transistors are used. Next, one example of them will be shown.

【0016】図7は、MOSトランジスタのゲート用酸
化膜部分を容量素子として用いたMOS容量素子を説明
する図である。10はp−基板、11はp層、12はS
iO2 層、13はCVDSiO2 層、14はアルミ層、
15はポリSi層、16はn+ 層、17はアルミ層であ
る。p−基板10はアースされている。Q,Rは、それ
ぞれ接続点Q1 ,R1 等に相当するものである。ポリS
i層15とn+ 層16とに挟まれた部分のゲート用酸化
膜SiO2 層12が、容量素子として利用される。アル
ミ層14,17は、配線用の電極として形成されてい
る。ポリSi層15は、アルミ層14を経て接続点Qと
接続され、n+ 層16はアルミ層17を経て接続点Rと
接続される。接続点Q側がプラス,接続点R側がマイナ
スであっても、あるいはその逆であっても容量は形成さ
れるから、QとRは逆であってもよい。
FIG. 7 is a diagram for explaining a MOS capacitor element in which the gate oxide film portion of the MOS transistor is used as a capacitor element. 10 is a p-substrate, 11 is a p-layer, 12 is S
iO 2 layer, 13 is a CVD SiO 2 layer, 14 is an aluminum layer,
Reference numeral 15 is a poly-Si layer, 16 is an n + layer, and 17 is an aluminum layer. The p-substrate 10 is grounded. Q and R correspond to the connection points Q 1 and R 1 respectively. Poly S
The gate oxide film SiO 2 layer 12 sandwiched between the i layer 15 and the n + layer 16 is used as a capacitive element. The aluminum layers 14 and 17 are formed as electrodes for wiring. The poly-Si layer 15 is connected to the connection point Q via the aluminum layer 14, and the n + layer 16 is connected to the connection point R via the aluminum layer 17. Even if the connection point Q side is positive and the connection point R side is negative, or vice versa, capacitance is formed, so that Q and R may be reversed.

【0017】図8は、バイポーラ素子用のpn接合部分
を容量素子として用いた接合容量素子を説明する図であ
る。符号は図7のものに対応し、18はn+ 埋込層、1
9はn層、20はp+ 層、21はn+ 層、22はSiO
2 層である。p−基板10はアースされている。容量
は、p+ 層20とn層19との間のpn接合部分に、逆
バイアスをかけて(即ち、接続点Q側をプラス,接続点
R側をマイナスとして)絶縁状態にすることによって得
られる。バイアスのかけ方をこれとは逆にすると、pn
接合部分は絶縁状態とはならないから、容量は得られな
い。
FIG. 8 is a diagram for explaining a junction capacitance element using a pn junction portion for a bipolar element as a capacitance element. Reference numerals correspond to those in FIG. 7, and 18 is an n + buried layer, 1
9 is an n layer, 20 is a p + layer, 21 is an n + layer, and 22 is SiO 2.
There are two layers. The p-substrate 10 is grounded. The capacitance is obtained by applying a reverse bias to the pn junction between the p + layer 20 and the n layer 19 (that is, the connecting point Q side is positive and the connecting point R side is negative) to be in an insulating state. To be If the biasing method is reversed, pn
No capacitance is obtained because the junction does not become an insulating state.

【0018】なお、前記のような半導体集積昇圧回路装
置に関係する文献としては、例えば、特公平4−42905
号公報がある。
Documents relating to the semiconductor integrated booster circuit device described above include, for example, Japanese Patent Publication No. 42905/1992.
There is a gazette.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

(問題点)前記した従来の半導体集積昇圧回路装置で
は、高い出力電圧を得るためには、高耐圧の容量を形成
するための特別の製造プロセスを導入する必要があり、
集積回路製造プロセスが煩雑となるという問題点があっ
た。
(Problem) In the above-described conventional semiconductor integrated booster circuit device, in order to obtain a high output voltage, it is necessary to introduce a special manufacturing process for forming a high breakdown voltage capacitor.
There is a problem that the integrated circuit manufacturing process becomes complicated.

【0020】(問題点の説明)半導体集積昇圧回路装置
の複数段の昇圧単位回路の容量の内、後段にある容量ほ
ど高電圧が印加される。従来、容量C1 〜Cn には、通
常のLSI製造プロセスで形成されるところの、図7,
図8に示したようなMOS容量素子や接合容量素子が、
それぞれ1個づつ用いられていた。ところが、それらの
耐圧は、それらが形成される半導体集積回路装置に供給
される最大電圧(つまり電源電圧VCC)に耐えれる程度
に設計されているのが、一般的である。従って、半導体
集積昇圧回路装置で得ようとしている出力電圧が、電源
電圧VCC程度の大きさのものであれば、耐圧の点で問題
を生ずることはない。
(Explanation of Problems) Among the capacitors of the booster unit circuits of a plurality of stages of the semiconductor integrated booster circuit device, a higher voltage is applied to a capacitor at a later stage. Conventionally, the capacitors C 1 to C n are formed by a normal LSI manufacturing process, as shown in FIG.
The MOS capacitance element and the junction capacitance element as shown in FIG.
One was used for each. However, their withstand voltages are generally designed to withstand the maximum voltage (that is, the power supply voltage V CC ) supplied to the semiconductor integrated circuit device in which they are formed. Therefore, if the output voltage to be obtained by the semiconductor integrated booster circuit device is as large as the power supply voltage V CC , there will be no problem in terms of withstand voltage.

【0021】しかし、それよりも大きい出力電圧を得よ
うとすると、後段にある容量は耐圧不足となる。即ち、
通常のLSI製造プロセスで形成されたゲート酸化膜と
かpn接合部分を利用した容量は、使えなくなる。耐圧
を大きくするためには、MOS容量素子の場合には、S
iO2 層の厚さをゲート用酸化膜の場合よりも厚くする
必要があるし、接合容量素子の場合には、p+ 層の深さ
を大にすると共にn層を低濃度化する必要がある。
However, if an attempt is made to obtain an output voltage higher than that, the withstand voltage of the latter stage capacitor becomes insufficient. That is,
A gate oxide film formed by a normal LSI manufacturing process or a capacitor using a pn junction portion cannot be used. In order to increase the breakdown voltage, in the case of a MOS capacitive element, S
The thickness of the iO 2 layer needs to be thicker than that of the gate oxide film, and in the case of the junction capacitance element, it is necessary to increase the depth of the p + layer and reduce the concentration of the n layer. is there.

【0022】ところが、そのようにして容量を得るとす
ると、LSI製造プロセス中に、高耐圧の容量を形成す
るための特別の製造プロセスを導入する必要があり、集
積回路製造プロセスが煩雑となると共に製造コストが高
くなる。更に、層の厚みを大にしなければならないた
め、厚みが増すという問題点もある。本発明は、以上の
ような問題点を解決することを課題とするものである。
However, in order to obtain the capacitance in this way, it is necessary to introduce a special manufacturing process for forming a high breakdown voltage capacitor during the LSI manufacturing process, which complicates the integrated circuit manufacturing process. Manufacturing cost is high. Further, there is a problem that the thickness increases because the thickness of the layer has to be increased. An object of the present invention is to solve the above problems.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の半導体集積昇圧回路装置では、入力電源に
第1の端子が接続された容量と該容量の第2の端子の接
続電位を切り換える接続経路切換回路とから成る昇圧段
を複数個有するチャージポンプ回路を、半導体集積回路
装置上に形成した半導体集積昇圧回路装置において、M
OSトランジスタやバイポーラ素子を形成する際に形成
される層を利用して得る容量素子1個以上を直列接続し
たもので前記容量を構成し、直列接続する容量素子数を
個々の容量素子に印加される電圧が該容量素子の耐圧以
下となる数に選定することとした。
In order to solve the above-mentioned problems, in the semiconductor integrated booster circuit device of the present invention, the capacitance in which the first terminal is connected to the input power supply and the connection potential of the second terminal of the capacitance are set. In a semiconductor integrated boosting circuit device, a charge pump circuit having a plurality of boosting stages each including a connection path switching circuit for switching is formed on the semiconductor integrated circuit device.
The capacitance is formed by connecting in series one or more capacitance elements obtained by using layers formed when forming an OS transistor or a bipolar element, and the number of capacitance elements connected in series is applied to each capacitance element. It is decided to select such a number that the voltage to be applied is equal to or lower than the withstand voltage of the capacitive element.

【0024】その場合、入力電源側から数えてn段目の
昇圧段の容量を、前記容量素子をn個直列接続して構成
してもよい。また、入力電源側から数えてn段目の昇圧
段の容量を、前記容量素子をn個直列接続した列をn列
並列接続して構成してもよい。
In this case, the capacitance of the n-th boosting stage counting from the input power source side may be configured by connecting the n capacitance elements in series. Further, the capacitance of the n-th boosting stage counting from the input power source side may be configured by connecting in parallel n columns of the above-mentioned n capacitive elements connected in series.

【0025】[0025]

【作 用】チャージポンプ回路を利用した半導体集積
昇圧回路装置に必要とされる容量を、MOSトランジス
タやパイポーラ素子を形成する際に形成される層を利用
したMOS容量素子や接合容量素子を1個以上直列接続
して構成し、その直列接続数は、前記MOS容量素子や
接合容量素子のそれぞれに印加される電圧が、その耐圧
以下となる数にする。これにより、半導体集積昇圧回路
装置用の耐圧の高い容量を形成するための特別の製造プ
ロセスを導入しなくとも、高耐圧の容量を実現すること
が出来るので、製造プロセスの変更を必要とすることな
く高電圧を発生する半導体集積昇圧回路装置を得ること
が可能となる。
[Operation] For the capacitance required for a semiconductor integrated booster circuit device that uses a charge pump circuit, use one MOS capacitance element or junction capacitance element that uses the layer formed when forming a MOS transistor or bipolar element. The above is configured by connecting in series, and the number of series connections is set so that the voltage applied to each of the MOS capacitive element and the junction capacitive element is equal to or lower than the withstand voltage. As a result, it is possible to realize a high breakdown voltage without introducing a special manufacturing process for forming a high breakdown voltage capacitor for a semiconductor integrated booster circuit device. Thus, it is possible to obtain a semiconductor integrated booster circuit device that generates a high voltage.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。 (第1の実施例)図1は、本発明の第1の実施例の半導
体集積昇圧回路装置を示す図である。符号は図6のもの
に対応している。構成上、図6の従来例と相違する点
は、入力電源側から数えてn段目の昇圧段の容量C
n を、n個直列接続した容量素子Cの列をn列並列接続
して構成した点である。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor integrated booster circuit device according to a first embodiment of the present invention. The reference numerals correspond to those in FIG. The configuration is different from the conventional example of FIG. 6 in that the capacitance C of the n-th boosting stage counting from the input power source side is
This is the point where n columns of the capacitive elements C connected in series are connected in parallel.

【0027】例えば、2段目の容量C2 は、2個の容量
素子Cを直列接続した列を、2列並列接続して構成して
いる。2個直列の列が2列並列であるから、この容量C
2 の全体としての容量は容量素子C1個分であり、図6
の従来例の容量C2 と同じである。しかし、容量素子C
が直列に2個接続されているから、耐圧は従来例の2倍
となる。同様に、n段目の容量Cn は、全体としての容
量は容量素子C1個分であるが、耐圧は従来のn倍とな
る。従って、耐圧が大きな容量を特別に形成しなくと
も、従来も用いていた容量素子Cを適宜組み合わせた接
続構成として、耐圧の高い容量を実現することが可能と
なる。
For example, the second-stage capacitance C 2 is formed by connecting in parallel two columns in which two capacitive elements C are connected in series. Since two columns in series are two columns in parallel, this capacitance C
The capacitance of 2 as a whole is equivalent to one capacitance element C.
This is the same as the capacity C 2 of the conventional example of. However, the capacitive element C
Since two are connected in series, the breakdown voltage is twice that of the conventional example. Similarly, the capacitance C n of the nth stage is the capacitance of one capacitance element C as a whole, but the breakdown voltage is n times that of the conventional one. Therefore, even if a capacitor having a large breakdown voltage is not specially formed, it is possible to realize a capacitor having a high breakdown voltage by a connection configuration in which the capacitive elements C that have been used in the past are appropriately combined.

【0028】(第2の実施例)図4は、本発明の第2の
実施例の容量部分だけを示す図である。符号は図1のも
のに対応している。容量C1 〜Cn 以外の部分の構成
は、図1の第1の実施例と同じである。第2の実施例で
は、入力電源側からn段目の昇圧単位回路の容量C
n は、n個の容量素子Cを直列接続して構成する。例え
ば、2段目の容量C2は、2個の容量素子Cを直列接続
して構成する。
(Second Embodiment) FIG. 4 is a diagram showing only the capacitance portion of the second embodiment of the present invention. The reference numerals correspond to those in FIG. The configuration of the portion other than the capacitors C 1 to C n is the same as that of the first embodiment of FIG. In the second embodiment, the capacitance C of the boosting unit circuit of the nth stage from the input power source side
n is configured by connecting n capacitive elements C in series. For example, the second-stage capacitance C 2 is formed by connecting two capacitance elements C in series.

【0029】このように構成することにより、段数が進
み、その段の容量全体にかかる昇圧電圧が高くなって
も、1個の容量素子Cに印加される電圧は、その耐圧以
下とすることが出来る。ただ、直列接続だけであるため
容量が減少するので、出力側への電流供給能力は低下す
る。例えば、n段目の容量はC/nであるので、容量C
であるとした場合に比べれば、電流供給能力は1/nと
なる。
With this configuration, even if the number of stages is increased and the boosted voltage applied to the entire capacitance of the stages is increased, the voltage applied to one capacitive element C can be set to be equal to or lower than the withstand voltage. I can. However, since the capacity is reduced because it is only connected in series, the ability to supply current to the output side is reduced. For example, since the capacitance of the nth stage is C / n, the capacitance C
The current supply capacity is 1 / n as compared with the case where

【0030】(第3の実施例)第2の実施例では、n段
目の容量はn個の容量素子Cを直列接続して構成すると
いうように、段数と直列接続数とを一致させていたが、
必ずしも一致させる必要はない。その理由は、入力端子
1に与えられる入力電圧Vinや、接続経路切換回路内の
一方のMOSトランジスタに与えられる昇圧用の所定電
位(図1の場合、pMOSトランジスタT21等に与えら
れるVin)が、必ずしも半導体集積回路装置に与えられ
る最大電圧である電源電圧Vccであるとは限らないから
である。
(Third Embodiment) In the second embodiment, the capacitance of the nth stage is made up of n capacitive elements C connected in series, so that the number of stages and the number of series connections are the same. But
It does not necessarily have to match. The reason is that the input voltage V in applied to the input terminal 1 and the predetermined boosting potential applied to one MOS transistor in the connection path switching circuit (in the case of FIG. 1, V in applied to the pMOS transistor T 21 and the like). ) is because not necessarily the power supply voltage V cc is the maximum voltage applied to the semiconductor integrated circuit device.

【0031】先にも述べたように、容量素子Cは、通
常、最大電圧である電源電圧Vccに耐えれるように設計
してある。従って、前記入力電圧や前記所定電位として
ccが用いられた場合には、2段目の容量C2 には2V
ccが印加されるし、n段目の容量Cn にはnVccが印加
されるから、2段目の容量C2 は2個の容量素子Cを直
列接続して構成し、n段目の容量Cn はn個の容量素子
Cを直列接続して構成する必要がある。
[0031] As mentioned previously, the capacitive element C typically are designed to be resistant to the power supply voltage V cc is the maximum voltage. Therefore, if V cc as the input voltage and the predetermined potential is used, the second stage 2V in the capacitor C 2 of
It cc is applied, the capacitance C n of n-th stage because nV cc is applied, the second stage of the capacitor C 2 constitute the two capacitive elements C are connected in series, the n-th stage The capacitance C n needs to be configured by connecting n capacitance elements C in series.

【0032】しかし、Vccより低い電圧が用いられた場
合には、そこまでする必要はない。例えば、前記入力電
圧や前記所定電位としてVcc/2を用いた場合には、2
段目の容量C2 までは1個の容量素子Cで耐えることが
出来、それより大きい段数の容量は、そこに印加される
最大電圧を考慮して、個々の容量素子Cにかかる電圧が
耐圧以下となるよう、直列接続する容量素子Cの数を決
定すればよい。
[0032] However, in the case where a voltage lower than V cc is used, does not need to be up there. For example, when V cc / 2 is used as the input voltage or the predetermined potential, 2
Up to the capacitance C 2 of the stage can be withstood by one capacitive element C, and for the capacitance of a larger number of stages, the voltage applied to each capacitive element C is tolerable in consideration of the maximum voltage applied to it. The number of capacitive elements C connected in series may be determined so as to be as follows.

【0033】なお、第2,第3の実施例では、容量素子
Cを幾つか直列接続して各段の容量を構成するようにし
たが、その直列接続体を幾つか並列接続してもよい。並
列接続する数は、出力側に要求される電流供給能力を考
慮し、それを満たす程度に適宜決定すればよい。
In the second and third embodiments, some capacitance elements C are connected in series to form each stage capacitance, but some series connection bodies may be connected in parallel. . The number of parallel connections may be determined as appropriate in consideration of the current supply capacity required on the output side.

【0034】次に、容量素子Cを直列接続する具体的構
成の例を示す。図2は、容量素子CとしてMOS容量素
子を利用し、これを2つ直列接続した場合の断面構造を
示す図である。符号は図7のものに対応し、14A,1
4B,17A,17Bはアルミ層、23は配線である。
MOSトランジスタのゲート用酸化膜を形成する際に形
成されるSiO2 層12を利用したMOS容量素子2つ
を、配線23で直列接続している。
Next, an example of a specific configuration in which the capacitive element C is connected in series will be shown. FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure when a MOS capacitor element is used as the capacitor element C and two MOS capacitor elements are connected in series. Reference numerals correspond to those in FIG. 7, and 14A, 1
4B, 17A and 17B are aluminum layers, and 23 is wiring.
Two MOS capacitance elements utilizing the SiO 2 layer 12 formed when forming the oxide film for the gate of the MOS transistor are connected in series by the wiring 23.

【0035】図3は、容量素子Cとして接合容量素子を
利用し、これを2つ直列接続した場合の断面構造を示す
図である。符号は図8,図2のものに対応している。バ
イポーラ素子を形成する際に形成されるpn接合部分
(n層19とp+ 層20の部分)2つを、配線23で直
列接続している。図2,図3では2個の直列接続だけを
示したが、それ以上の個数の直列接続も、同様の要領で
接続を繰り返すことにより実現することが出来る。ま
た、直列接続したものを並列接続することは、直列接続
したものの両端(図2,図3ではR2 ,Q2 )の互いに
対応するもの同士を接続することによって実現出来る。
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure when a junction capacitance element is used as the capacitance element C and two junction capacitance elements are connected in series. Reference numerals correspond to those in FIGS. 8 and 2. Two pn junction portions (portions of the n layer 19 and the p + layer 20) formed when forming the bipolar element are connected in series by the wiring 23. Although only two series connections are shown in FIGS. 2 and 3, a larger number of series connections can be realized by repeating the connection in the same manner. The parallel connection of the serially connected ones can be realized by connecting the corresponding ones at both ends (R 2 and Q 2 in FIGS. 2 and 3) of the serially connected ones.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、チャ
ージポンプ回路を利用した半導体集積昇圧回路装置に必
要とされる容量を、MOSトランジスタやパイポーラ素
子を形成する際に形成される層を利用したMOS容量素
子や接合容量素子を1個以上直列接続して構成し、その
直列接続数は、前記MOS容量素子や接合容量素子のそ
れぞれに印加される電圧が、その耐圧以下となる数にす
る。そのため、半導体集積昇圧回路装置用の耐圧の高い
容量を形成するための特別の製造プロセスを導入しなく
とも、高電圧を発生する半導体集積昇圧回路装置を得る
ことが出来る。
As described above, according to the present invention, the capacitance required for a semiconductor integrated booster circuit device using a charge pump circuit is provided in a layer formed when forming a MOS transistor or a bipolar element. One or more of the used MOS capacitance elements or junction capacitance elements are connected in series, and the number of serial connections is such that the voltage applied to each of the MOS capacitance elements or junction capacitance elements is below its withstand voltage. To do. Therefore, a semiconductor integrated booster circuit device that generates a high voltage can be obtained without introducing a special manufacturing process for forming a capacitor having a high breakdown voltage for the semiconductor integrated booster circuit device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例の半導体集積昇圧回路
装置を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor integrated booster circuit device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 MOS容量素子を2つ直列接続した場合の断
面構造を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure when two MOS capacitance elements are connected in series.

【図3】 接合容量素子を2つ直列接続した場合の断面
構造を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure when two junction capacitance elements are connected in series.

【図4】 本発明の第2の実施例の容量部分だけを示す
FIG. 4 is a diagram showing only a capacitance portion of a second embodiment of the present invention.

【図5】 チャージポンプ回路の1段分の構成を示す図FIG. 5 is a diagram showing a configuration of one stage of a charge pump circuit.

【図6】 従来の半導体集積昇圧回路装置を示す図FIG. 6 is a diagram showing a conventional semiconductor integrated booster circuit device.

【図7】 MOS容量素子を説明する図FIG. 7 is a diagram illustrating a MOS capacitor element.

【図8】 接合容量素子を説明する図FIG. 8 is a diagram illustrating a junction capacitor element.

【図9】 制御クロックパルスの波形を示す図FIG. 9 is a diagram showing a waveform of a control clock pulse.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…入力端子、2…出力端子、3,4…制御信号端子、
10…p−基板、11…p層、12…SiO2 層、13
…CVDSiO2 層、14…アルミ層、15…ポリSi
層、16…n+ 層、17…アルミ層、18…n+ 埋込
層、19…n層、20…p+ 層、21…n+ 層、22…
SiO2 層、23…配線、P1 〜Pn ,Q1 〜Qn ,R
1 〜Rn …接続点、C…容量素子、C1 〜Cn …容量、
1 〜Dn…接続経路切換回路、T01〜T0n+1,T11
1n…nMOSトランジスタ、T21〜T2n…pMOSト
ランジスタ
1 ... input terminal, 2 ... output terminal, 3,4 ... control signal terminal,
10 ... p-substrate, 11 ... p layer, 12 ... SiO 2 layer, 13
... CVD SiO 2 layer, 14 ... Aluminum layer, 15 ... Poly Si
Layers, 16 ... n + layers, 17 ... aluminum layers, 18 ... n + buried layers, 19 ... n layers, 20 ... p + layers, 21 ... n + layers, 22 ...
SiO 2 layer, 23 ... Wiring, P 1 to P n , Q 1 to Q n , R
1 to R n ... connection point, C ... capacitive element, C 1 -C n ... capacity,
D 1 to D n ... Connection path switching circuit, T 01 to T 0n + 1 , T 11 to
T 1n ... nMOS transistor, T 21 to T 2n ... pMOS transistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 義紀 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshinori Yamaguchi 2274 Hongo, Ebina City, Kanagawa Prefecture Fuji Xerox Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力電源に第1の端子が接続された容量
と該容量の第2の端子の接続電位を切り換える接続経路
切換回路とから成る昇圧段を複数個有するチャージポン
プ回路を、半導体集積回路装置上に形成した半導体集積
昇圧回路装置において、MOSトランジスタやバイポー
ラ素子を形成する際に形成される層を利用して得る容量
素子1個以上を直列接続したもので前記容量を構成し、
直列接続する容量素子数を個々の容量素子に印加される
電圧が該容量素子の耐圧以下となる数に選定したことを
特徴とする半導体集積昇圧回路装置。
1. A semiconductor integrated circuit comprising a charge pump circuit having a plurality of boosting stages each comprising a capacitor having a first terminal connected to an input power supply and a connection path switching circuit for switching a connection potential of a second terminal of the capacitor. In a semiconductor integrated booster circuit device formed on a circuit device, one or more capacitive elements obtained by utilizing layers formed when forming a MOS transistor or a bipolar element are connected in series to configure the capacitance,
2. A semiconductor integrated booster circuit device, wherein the number of capacitors connected in series is selected so that the voltage applied to each capacitor is equal to or lower than the withstand voltage of the capacitor.
【請求項2】 入力電源側から数えてn段目の昇圧段の
容量を、前記容量素子をn個直列接続して構成したこと
を特徴とする請求項1記載の半導体集積昇圧回路装置。
2. The semiconductor integrated boosting circuit device according to claim 1, wherein the capacitance of the n-th boosting stage counting from the input power source side is configured by connecting the n capacitance elements in series.
【請求項3】 入力電源側から数えてn段目の昇圧段の
容量を、前記容量素子をn個直列接続した列をn列並列
接続して構成したことを特徴とする請求項1記載の半導
体集積昇圧回路装置。
3. The capacitor of the n-th boosting stage counting from the input power source side is configured by connecting n columns of the capacitive elements connected in series to n columns in parallel. Semiconductor integrated booster circuit device.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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